專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的一種用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)功率變換器。
背景技術(shù)：
在一些特定場(chǎng)合，要求開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)具有一定的容錯(cuò)功能，即能在故 障情況下繼續(xù)運(yùn)行。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)是由電力電子裝置、電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝 置構(gòu)成的機(jī)電一體化系統(tǒng)，其主要故障類(lèi)型有電機(jī)故障、功率變換器故障、位 置傳感器故障和負(fù)載故障等。在實(shí)際運(yùn)行中功率變換器的故障率較高，是系統(tǒng) 可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，功率變換器故障主要有功率開(kāi)關(guān)管斷路故障；功率開(kāi)關(guān) 管擊穿短路故障兩種。而目前開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中的功率變換器并不具備容錯(cuò)功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提出一種具有容錯(cuò)功能的用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的功率 變換器。
一種用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)功率變換器，其特征在于該功率變換器由并 聯(lián)于第一、第二母線之間的三相結(jié)構(gòu)相同的主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路和一 個(gè)電源、 一個(gè)儲(chǔ)能電容組成，其中第一相主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路包括第 一功率開(kāi)關(guān)管、第二功率開(kāi)關(guān)管、第七功率開(kāi)關(guān)管、第八功率開(kāi)關(guān)管、第一直 流固態(tài)繼電器、第二直流固態(tài)繼電器、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管，第 一功率開(kāi)關(guān)管的漏極與第一母線之間串接第一固態(tài)繼電器，第一功率開(kāi)關(guān)管的 源極與第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極之間串接開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第一相繞組A，第七功 率開(kāi)關(guān)管的漏極接第一母線，第七功率開(kāi)關(guān)管的源極接第一功率開(kāi)關(guān)管的源極; 第二功率開(kāi)關(guān)管的源極與第二母線之間串接第二固態(tài)繼電器，第二功率開(kāi)關(guān)管 的漏極接第八功率開(kāi)關(guān)管的漏極，第八功率開(kāi)關(guān)管的源極接第二母線；第一續(xù) 流二極管的陽(yáng)極接第二功率開(kāi)關(guān)管的漏極，第一續(xù)流二極管的陰極接第一母線， 第二續(xù)流二極管的陽(yáng)極接第二母線，第二續(xù)流二極管的陰極接第一功率開(kāi)關(guān)管 的源極。
本發(fā)明功率變換器在功率開(kāi)關(guān)管發(fā)生短路或斷路故障情況下仍能正常運(yùn)行， 很好保障了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 圖l:本發(fā)明實(shí)施例功率變換器電路原理圖；圖2:現(xiàn)有不對(duì)稱(chēng)半橋功率變換器第一功率開(kāi)關(guān)管Tl在開(kāi)通區(qū)間斷路時(shí)繞組 電流波形圖3:現(xiàn)有不對(duì)稱(chēng)半橋功率變換器第一功率開(kāi)關(guān)管Tl發(fā)生短路時(shí)電流波形
圖4:本發(fā)明實(shí)施例功率轉(zhuǎn)換器第一功率開(kāi)關(guān)管T1在開(kāi)通區(qū)間斷路時(shí)的系統(tǒng)
切換過(guò)程的繞組電流波形圖5:本發(fā)明實(shí)施例功率轉(zhuǎn)換器第一功率開(kāi)關(guān)管Tl在開(kāi)通區(qū)間斷路時(shí)的系統(tǒng) 切換過(guò)程的轉(zhuǎn)矩波形圖6:本發(fā)明實(shí)施例功率轉(zhuǎn)換器第一功率開(kāi)關(guān)管Tl在開(kāi)通區(qū)間短路時(shí)的系統(tǒng) 切換過(guò)程的繞組電流波形圖7:本發(fā)明實(shí)施例功率轉(zhuǎn)換器第一功率開(kāi)關(guān)管Tl在開(kāi)通區(qū)間短路時(shí)的系統(tǒng) 切換過(guò)程的轉(zhuǎn)矩波形圖。
具體實(shí)施例方式
以12/8結(jié)構(gòu)三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，利用JMAG建立12/8結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)磁阻電 機(jī)的場(chǎng)路耦合的二維有限元模型，仿真系統(tǒng)在本實(shí)施例功率變換器開(kāi)關(guān)管發(fā)生 故障運(yùn)行時(shí)的電流和轉(zhuǎn)矩特性。
如圖1所示， 一種用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)功率變換器，由并聯(lián)于第一母 線、第二母線之間的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路和一個(gè)電源 Um、 一個(gè)濾波電容Cm組成。
第一相主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路包括第一功率開(kāi)關(guān)管Tl、第二功率開(kāi) 關(guān)管T2、第七功率開(kāi)關(guān)管T7、第八功率開(kāi)關(guān)管T8、第一直流固態(tài)繼電器K1、 第二直流固態(tài)繼電器K2、第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2，第一功率 開(kāi)關(guān)管T1的漏極與第一母線之間串接第一固態(tài)繼電器K1，第一功率開(kāi)關(guān)管T1 的源極與第二功率開(kāi)關(guān)管T2的漏極之間串接開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第一相繞組A，第 七功率開(kāi)關(guān)管T7的漏極接第一母線，第七功率開(kāi)關(guān)管T7的源極接第一功率開(kāi) 關(guān)管Tl的源極；第二功率開(kāi)關(guān)管T2的源極與第二母線之間串接第二固態(tài)繼電 器K2，第二功率開(kāi)關(guān)管T2的漏極接第八功率開(kāi)關(guān)管T8的漏極，第八功率開(kāi)關(guān) 管T8的源極接第二母線；第一續(xù)流二極管Dl的陽(yáng)極接第二功率開(kāi)關(guān)管T2的 漏極，第一續(xù)流二極管D1的陰極接第一母線，第二續(xù)流二極管D2的陽(yáng)極接第 二母線，第二續(xù)流二極管D2的陰極接第一功率開(kāi)關(guān)管T1的源極。
第二相主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路包括第三功率開(kāi)關(guān)管T3、第四功率開(kāi) 關(guān)管T4、第九功率開(kāi)關(guān)管T9、第十功率開(kāi)關(guān)管TIO、第三直流固態(tài)繼電器K3、 第四直流固態(tài)繼電器K4、第三續(xù)流二極管D3、第四續(xù)流二極管D4，第三功率 開(kāi)關(guān)管T3的漏極與第一母線之間串接第三固態(tài)繼電器K3，第三功率開(kāi)關(guān)管T3 的源極與第四功率開(kāi)關(guān)管T4的漏極之間串接開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第二相繞組B，第 九功率開(kāi)關(guān)管T9的漏極接第一母線，第九功率開(kāi)關(guān)管T9的源極接第三功率開(kāi) 關(guān)管T3的源極；第四功率開(kāi)關(guān)管T4的源極與第二母線之間串接第四固態(tài)繼電器K4，第四功率開(kāi)關(guān)管T4的漏極接第十功率開(kāi)關(guān)管T10的漏極，第十功率開(kāi)關(guān)管T10的源極接第二母線；第三續(xù)流二極管D3的陽(yáng)極接第四功率開(kāi)關(guān)管T4的漏極，第三續(xù)流二極管D3的陰極接第一母線，第四續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極接第二母線，第四續(xù)流二極管D4的陰極接第三功率開(kāi)關(guān)管T3的源極。
第三相主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路包括第五功率開(kāi)關(guān)管T5、第六功率開(kāi)關(guān)管T6、第十一功率開(kāi)關(guān)管Tll、第十二功率開(kāi)關(guān)管T12、第五直流固態(tài)繼電器K5、第六直流固態(tài)繼電器K6、第五續(xù)流二極管D5、第六續(xù)流二極管D6，第五功率開(kāi)關(guān)管T5的漏極與第一母線之間串接第五固態(tài)繼電器K5，第五功率開(kāi)關(guān)管T5的源極與第六功率開(kāi)關(guān)管T6的漏極之間串接開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第三相繞組C，第十一功率開(kāi)關(guān)管Tll的漏極接第一母線，第十一功率開(kāi)關(guān)管Tll的源極接第五功率開(kāi)關(guān)管T5的源極；第六功率開(kāi)關(guān)管T6的源極與第二母線之間串接第六直流固態(tài)繼電器K6，第六功率開(kāi)關(guān)管T6的漏極接第十二功率開(kāi)關(guān)管T12的漏極，第十二功率開(kāi)關(guān)管T12的源極接第二母線；第五續(xù)流二極管D5的陽(yáng)極接第六功率開(kāi)關(guān)管T6的漏極，第五續(xù)流二極管D5的陰極接第一母線，第六續(xù)流二極管D6的陽(yáng)極接第二母線，第六續(xù)流二極管D6的陰極接第五功率開(kāi)關(guān)管T5的源極。
圖2、圖3分別為現(xiàn)有不對(duì)稱(chēng)半橋功率變換器第一功率開(kāi)關(guān)管T1斷路、短路時(shí)第一相繞組A的電流波形圖。可以發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管發(fā)生故障時(shí)，A相繞組電流異常，系統(tǒng)若沒(méi)有容錯(cuò)處理，則電機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。
圖4和圖5分別為本發(fā)明實(shí)施例功率變換器第一功率開(kāi)關(guān)管Tl在開(kāi)通區(qū)間發(fā)生斷路故障時(shí)的系統(tǒng)切換過(guò)程的繞組電流和轉(zhuǎn)矩波形圖，開(kāi)關(guān)管T1在開(kāi)通區(qū)間發(fā)生斷路故障后，第一相繞組A電流迅速衰減，此時(shí)由第一相繞組A輸出的轉(zhuǎn)矩也減小，下一開(kāi)通周期時(shí)第一相繞組A電流幾乎為零，第一相繞組A基本不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別該斷路故障后，控制器封鎖第一、第二功率開(kāi)關(guān)管Tl及T2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)第一直流固態(tài)繼電器Kl斷開(kāi)切斷第一功率開(kāi)關(guān)管Tl與第一母線的連接，第二直流固態(tài)繼電器K2斷開(kāi)切斷開(kāi)關(guān)管第二功率T2與第二母線的連接，系統(tǒng)啟用第七功率開(kāi)關(guān)管T7及第八功率開(kāi)關(guān)管T8工作，電機(jī)輸出正常。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例功率變換器第一功率開(kāi)關(guān)管T1在開(kāi)通區(qū)間短路故障時(shí)的系統(tǒng)切換過(guò)程的繞組電流波形圖，在檢測(cè)到該開(kāi)關(guān)管短路故障后，控制器封鎖第一功率開(kāi)關(guān)管T1及第二功率開(kāi)關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)第一直流固態(tài)繼電器K1斷開(kāi)切斷第一功率開(kāi)關(guān)管T1與第一母線的連接，第二直流固態(tài)繼電器K2斷開(kāi)切斷第二功率開(kāi)關(guān)管T2與第二母線的連接，系統(tǒng)啟用第七功率開(kāi)關(guān)管T7及第八功率開(kāi)關(guān)管T8工作，整個(gè)過(guò)程繞組電流經(jīng)過(guò)一短時(shí)波動(dòng)后恢復(fù)正常。
圖7為功率變換器的第一功率開(kāi)關(guān)管T1在第一相繞組A開(kāi)通區(qū)間短路故障時(shí)的系統(tǒng)切換過(guò)程的轉(zhuǎn)矩波形圖，由于短路故障后，在第一相繞組A電感下降區(qū)，
第一相繞組A繞組有一短時(shí)較大電流，從而產(chǎn)生一短時(shí)較大的負(fù)轉(zhuǎn)矩，故障切換后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩正常。
權(quán)利要求
1. 一種用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)功率變換器，其特征在于該功率變換器由并聯(lián)于第一、第二母線之間的三相結(jié)構(gòu)相同的主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路和一個(gè)電源(Um)、一個(gè)儲(chǔ)能電容(Cm)組成，其中第一相主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路包括第一功率開(kāi)關(guān)管(T1)、第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)、第七功率開(kāi)關(guān)管(T7)、第八功率開(kāi)關(guān)管(T8)、第一直流固態(tài)繼電器(K1)、第二直流固態(tài)繼電器(K2)、第一續(xù)流二極管(D1)、第二續(xù)流二極管(D2)，第一功率開(kāi)關(guān)管(T1)的漏極與第一母線之間串接第一固態(tài)繼電器(K1)，第一功率開(kāi)關(guān)管(T1)的源極與第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的漏極之間串接開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第一相繞組A，第七功率開(kāi)關(guān)管(T7)的漏極接第一母線，第七功率開(kāi)關(guān)管(T7)的源極接第一功率開(kāi)關(guān)管(T1)的源極；第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的源極與第二母線之間串接第二固態(tài)繼電器(K2)，第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的漏極接第八功率開(kāi)關(guān)管(T8)的漏極，第八功率開(kāi)關(guān)管(T8)的源極接第二母線；第一續(xù)流二極管(D1)的陽(yáng)極接第二功率開(kāi)關(guān)管(T2)的漏極，第一續(xù)流二極管(D1)的陰極接第一母線，第二續(xù)流二極管(D2)的陽(yáng)極接第二母線，第二續(xù)流二極管(D2)的陰極接第一功率開(kāi)關(guān)管(T1)的源極。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)功率變換器，由并聯(lián)于第一、第二母線之間的三相相同的主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路和一個(gè)電源、一個(gè)儲(chǔ)能電容組成，其中第一相主開(kāi)關(guān)管冗余不對(duì)稱(chēng)半橋電路包括第一功率開(kāi)關(guān)管、第二功率開(kāi)關(guān)管、第七功率開(kāi)關(guān)管、第八功率開(kāi)關(guān)管、第一直流固態(tài)繼電器、第二直流固態(tài)繼電器、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管。本發(fā)明提高了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101478229SQ20081015654
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者彭晶晶, 王曉琳, 鄧智泉, 陳小元 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)